Про близнецов, машину времени и ионный двигатель
Благодаря стараниям писателей-фантастов о том, что такое "Машина времени" знают практически все. Благодаря их же усилиям, этот механизм прочно обосновался в сознании людей за той гранью реальности, которая отделяет субъективно возможное от невозможного. Короче, мало кто верит (речь именно о вере, не о знании), что машину времени принципиально возможно построить. Но, вообще-то, это не так. Если посмотреть на задачу правильно (интересно, почему никто из фантастов до сих пор этого не сделал?), машину времени можно сделать здесь, в нашей реальности.
Только, естественно, не в точности такую же, как описал Герберт Уэллс. Здесь больше похоже на правду описание машины времени из книги "Кратчайшая история времени" Стивена Хокинга (О Хокинге из Википедии). О Хокинге самом можно много интересного рассказать, ну да сейчас речь не о нем.
Короче, если речь идет о машине, для перемещений в будущее, то такое возможно. Почти наверняка, если, конечно, вдруг не окажется, что Специальная Теория Относительности (СТО) неверна. Но такое вряд ли когда-нибудь окажется. :)
* * *
Воможность переместиться в будущее основана на описанном в рамках СТО "парадоксе близнецов". Если один из двух братьев-близнецов отправляется в дальшее путешествие (к Проксиме Центавра или еще куда) на космическом корабле, и его корабль движется с околосветовой скоростью, то по возвращении на Землю (согласно СТО) он обнаружит своего брата постаревшим в большей степени (если вообще еще живым), чем он сам.
"Парадокс" здесь "как бы" в том, что движение относительно, и если первый брат движется с околосветовой скоростью относительно Земли и второго брата, то второй брат, очевидно, движется вместе с Землей с точно такой же скоростью относительно первого брата. И с точки зрения оставшегося на Земле близнеца, постареть должен был брат-космонавт. Но, увы, сильнее стареет второй брат, а сам "парадокс" - не настоящий, в Общей Теории Относительности его часто и "парадоксом в кавычках" не считают. Там он - "эффект близнецов".
Вообще, существует много разных примеров, объясняющих суть этого "парадокса" в СТО. Но как правило, объяснения получаются либо неполными, либо длинными и требующими усиленного копошения в цепочке рассуждений автора. Например, "улетающий близнец движется с ускорением, поэтому он не находится в инерциальной системе отсчета, а СТО распространяется только на инерциальные системы". Ну и что? Ничего себе объяснение парадокса! Это, блин, отказ от объяснений. :)
"Житейское" объяснение "парадокса близнецов" может быть простым. Если вспомнить, что при движении с околосветовыми скоростями, предметы сокращаются в размере в направлении движения (это называется Лоренцовым сокращением длины), то... как только ракета, с отлетающим от Земли братом, набирает достаточную скорость, она сокращается в размере для наблюдателей с Земли. Вместе с тем, для брата-космонавта по мере роста его скорости сокращается расстояние до конечной точки полета (до Проксимы Центавра). Т.е. по мере разгона ракеты не только увеличивается скорость, но и уменьшается расстояние! Вся Вселенная сжимается в направлении ее движения! Фигасе, относительность!
Пока ракета находилась на Земле, расстояние до Проксимы Центавра было равно 4,22 световых года (двигаясь даже со скоростью света, мы надеялись достичь цели примерно за 4 года и 3 месяца). Как только ракета разогналась до 95% скорости света, расстояние в системе ракеты от Земли до Проксимы Центавра сократилось более чем в 3 раза и стало равным 1,32 световых года. Естественно, что такое расстояние даже с уже достигнутой скоростью можно пролететь примерно за 1 год и 5 месяцев.
Обратная дорога, конечно, пройдет примерно так же. Итого, брат-космонавт обернется туда-сюда менее чем за 3 года по собственным часам. И за это время на Земле пройдет... лет 9 (все-таки дважды по 4,22 [даже чуть больше, ведь полет проходил со скоростью на 5% меньшей скорости света] световых года, плюс время на всякие заморочки). :) Вот и весь "парадокс". Такое объяснение никак не удастся развернуть по отношению к брату, оставшемуся на Земле. Хоть движение и относительно, Вселенная для него не сокращалась в три раза.
Кстати, если разогнаться до 99% скорости света, то расстояние до Проксимы Центавра сократится до 0,6 световых лет (более чем в 7 раз). Если разогнаться до 99,99% скорости света, то это расстояние будет равно 20 световым дням (короче почти в 71 раз)! Кстати, часы в системе отсчета фотона - частицы света, летящей во Вселенной с максимально возможной скоростью вообще стоят. "Фотоны вообще не стареют". Путь фотона в вакууме от любой точки Вселенной до любой другой занимает (по "его собственным часам") 0 часов, 0 минут, 0 секунд. Не наблюдают они часов, и "живут" вне времени.
* * *
Ну чем не машина времени! Казалось бы, предела нет. Разгоняйся до скорости, сколь угодно близкой к скорости света, и лети на какое угодно расстояние, забирайся как угодно далеко в будущее Вселенной, наблюдай Конец Света. Продолжительности человеческой жизни (вместе с Лоренцевым сокращением) как бы хватит на все эти упражнения. Но...
Предел, все же, есть. Это - ускорение. Человеческий организм номально функционирует в естественных условиях, когда ускорение свободного падения (ощущаемое нами в виде гравитационного притяжения Земли) равно примерно 10 м/с*с. Чтобы с таким комфортным ускорением достичь скорости, равной 95% скорости света будет необходимо... почти 300 суток. Примерно столько же времени нужно будет затратить на торможение. И столько же - на разгон и торможение при движении в обратном направлении.
Это если не говорить об энергетических затратах на разгон (а есть и более сложные проблемы). Чем выше скорость ракеты, чем ближе она к световой, тем труднее ее разгонять дальше. Разгон до скорости света требовал бы бесконечных затрат энергии. Именно поэтому тела и частицы, обладающие массой, не могут двигаться со скоростью света. Представить себе реактивный двигатель, способный ускорять ракету (вместе с пассажиром и запасами топлива) в течение 1200 суток, практически невозможно.
Есть такая забавная штука (как ни странно, уже давно опробованная на практике) - ионный двигатель. Топливом для него является легко ионизируемый газ, который в процессе работы двигателя, потихоньку ионизируется, полученные ионы разгоняются электрическим полем (полученным от солнечных батарей), и выбрасываются в открытый космос. Сам двигатель вместе с ракетой при этом получает такой же импульс в обратном направлении.
Топливо расходуется очень медленно, тяга получается слабой (еще бы, ионы, выброшенные в космос даже с очень большой скоростью весят слишком мало, чтобы разогнать такую тушу), ускорение практически нечувствительным. Человек, находящийся в ракете с ионным двигателем может вообще не чувствовать ускорения (будет ощущать невесомость), разгон до околосветовой скорости может занять... гораздо больше, чем человеческая жизнь. :)
Так что и ионный двигатель, хоть и является сейчас единственной возможностью для дальних полетов, - не панацея и с путешествиями далеко пока придется повременить. Ну, может быть, термоядерные реакции подсобят, когда удастся разобраться с ними на практике. С перемещением во времени, как ни странно, дела обстоят чуть позитивнее. Все же, если не летать в запредельную даль и развивать околосветовые скорости прямо здесь, на Земле, то энергетические проблемы решить гораздо проще.
Итак, машина времени, перемещающая человека в будущее, принципиально возможна. В принципе, в создании такой "закрытой комнатки", в которую нужно зайти суток на 200, поколбаситься чуток с легкими перегрузками, а потом выйти годика через 2-3, нет ничего невероятного. Хотя, конечно, размеры устройств для таких расколбасов пока и представить трудно. Так что... возможно, но не прямо сейчас. ;)
* * *
С перемещением в прошлое все гораздо сложнее. С точки зрения Теории Относительности перемещение в прошлое эквивалентно движению со сверхсветовыми скоростями. И то и другое (суть одно и то же действие, нарушающее принцип причинности) невозможно в рамках СТО. Здесь, возможно, остаются некоторые лазейки (типа описанных в литературе "кротовых нор"), также локально нарушаюшие принцип причинности, но с этим все гораздо более туманно, чем с перемещениями в будущее.
Ну и ладно!
Здесь, как всегда, напрашиваются околопсихологические аналогии. Ну и пусть напрашиваются! Хотя, все же, напрасно Курт Левин ограничился динамикой и не изучил, как следует, Теорию Относительности и квантовую физику. Глядишь, вместо теории поля было бы сейчас что-нибудь менее прозаическое. :)
Много популярных статей, постепенно объясняющих суть Теории Относительности, есть на сайте relativity.ru. С подробными объяснениями, форумом и мультиками на флешке. Когда автор сайта закончит проект и (а вдруг) напишет книгу по материалам своих статей на сайте, я ее обязательно куплю! ;)